JP6181963B2 - Electron emitter - Google Patents
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Description
本発明は、電圧を印加することにより電子を放出する電子放出素子に関する。 The present invention relates to an electron-emitting device that emits electrons by applying a voltage.
従来知られている電子放出素子として、電界電子放出を利用したものがある。電界電子放出は、電子を放出させるために2つの電極間に電圧を印加する。この印加電圧により両電極間に高電界を形成することで、一方の電極(エミッタ)からトンネル効果により電子を放出させる方法である。エミッタの構造の違いにより、スピント型、カーボンナノチューブ(CNT)型などの電界電子放出素子が知られている。 Some conventionally known electron-emitting devices utilize field electron emission. Field electron emission applies a voltage between two electrodes to emit electrons. This is a method in which electrons are emitted from one electrode (emitter) by a tunnel effect by forming a high electric field between both electrodes by this applied voltage. Depending on the structure of the emitter, field electron emission devices such as Spindt type and carbon nanotube (CNT) type are known.
また、電子放出素子を大気中で使いたいという要望がかねてから存在する。しかし、上記の電界電子放出を用いた電子放出素子を、大気中で動作させることには原理的な困難を伴う。なぜなら、電界電子放出を実現するためには高電界が必要であり、放出された電子は高いエネルギーを有する。高エネルギーの電子が大気中の気体分子と衝突すると、気体分子を電離させる。電離により生じた陽イオンは、素子近傍に形成されている高電界により素子表面へ向かって加速され衝突しスパッタリングを起こす。このスパッタリングにより、電子放出素子が破壊される。また、高エネルギーの電子が、酸素分子に衝突した場合は、電離せずにオゾンを生成することが知られている。オゾンは非常に活性が高く、有害物質であり、加えて様々な物質を劣化させる。 In addition, there has been a desire to use an electron-emitting device in the atmosphere. However, it is fundamentally difficult to operate the electron-emitting device using the field electron emission in the atmosphere. This is because a high electric field is required to realize field electron emission, and the emitted electrons have high energy. When high-energy electrons collide with gas molecules in the atmosphere, they ionize the gas molecules. Cations generated by ionization are accelerated toward the surface of the device by a high electric field formed in the vicinity of the device and collide to cause sputtering. By this sputtering, the electron-emitting device is destroyed. Further, it is known that when high-energy electrons collide with oxygen molecules, ozone is generated without ionization. Ozone is very active and harmful, and in addition it degrades various substances.
上記の理由から、一般的に電界電子放出を用いた電子放出素子は、真空中に封止して使用する。電子を真空中から取り出す必要がある場合には、真空層と大気を隔てる電子透過窓を設置して、電子を真空層から大気中へ透過させる必要がある。 For the above reasons, an electron-emitting device using field electron emission is generally used by being sealed in a vacuum. When it is necessary to take out the electrons from the vacuum, it is necessary to install an electron transmission window that separates the vacuum layer from the atmosphere so that the electrons are transmitted from the vacuum layer to the atmosphere.
また、別のタイプの電子放出素子として、MIM(Metal Insulator Metal)型およびMIS(Metal Insulator Semiconductor)型の電子放出素子が知られている。 As other types of electron-emitting devices, MIM (Metal Insulator Metal) type and MIS (Metal Insulator Semiconductor) type electron-emitting devices are known.
これらは、素子内部の量子サイズ効果および強電界を利用して電子を加速し、平面状の素子表面から電子を放出させる面放出型の電子放出素子である。また、これらは、素子内部の電子加速層で加速した電子を放出するため、素子外部に強電界を形成する必要がない。したがって、MIM型およびMIS型の電子放出素子は、スピント型、CNT型およびBN型の電子放出素子のように、気体分子の電離によるスパッタリングで破壊されるという問題、および、オゾンが発生するという問題を克服できる。 These are surface-emission electron-emitting devices that accelerate electrons using the quantum size effect and strong electric field inside the device to emit electrons from the planar device surface. Moreover, since these emit electrons accelerated by the electron acceleration layer inside the device, it is not necessary to form a strong electric field outside the device. Therefore, the MIM type and MIS type electron-emitting devices, like the Spindt-type, CNT-type, and BN-type electron-emitting devices, are destroyed by sputtering due to ionization of gas molecules, and ozone is generated. Can be overcome.
さらに、先に、抗酸化力の高い金属微粒子と絶縁体微粒子から成る電子放出素子を発明し、既に特許出願されている(特許文献1)。特許文献1に記載の電子放出素子は、真空中だけでなく大気中でも安定して電子放出可能であり、オゾンやNOx等の有害物質を生成することもない。
Furthermore, first, an electron-emitting device composed of metal fine particles and insulator fine particles having a high antioxidant power has been invented, and a patent application has already been filed (Patent Document 1). The electron-emitting device described in
上述のようなMIM型およびMIS型電子放出素子において、電子放出素子を大型化することによって、電子を放出可能な領域の面積を大面積化したいというニーズがある。しかし、従来のMIM型およびMIS型電子放出素子は、電子を放出可能な領域の面積を大面積化した際に、電子放出素子から均一に電子を放出することが難しいという課題を有する。この課題について、図8を参照しながら説明する。 In the MIM type and MIS type electron emitting devices as described above, there is a need to increase the area of a region where electrons can be emitted by increasing the size of the electron emitting device. However, the conventional MIM type and MIS type electron-emitting devices have a problem that it is difficult to uniformly emit electrons from the electron-emitting devices when the area of a region where electrons can be emitted is increased. This problem will be described with reference to FIG.
図8は、従来の典型的なMIM型電子放出素子である電子放出素子110の構成の概略を示す図である。図8の(a)は断面図であり、図8の(b)は上面図である。電子放出素子110は、下部電極102、表面電極103および電子加速層104を備えている。電子加速層104は、絶縁体微粒子と、絶縁体微粒子中に分散されている導電体微粒子とからなるものとする。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an electron-emitting
電子放出素子110における電子放出のしやすさは、電子加速層104の厚さ、電子加速層104に分散されている導電体微粒子の分布、表面電極103の膜厚など、多くのパラメータに依存する。これらのパラメータは、電子放出素子110を製造する過程において、空間的にある程度のばらつきを有するものである。電子放出素子110における電子放出のしやすさの空間的な不均一性は、端的には上述の各パラメータのばらつきを掛け合わせた結果として生じる。図8の(b)は、電子放出のしやすさが空間的に不均一である場合の電子放出素子110を示す上面図である。なお、電子加速層104は、図8の(b)には図示していない。電子放出素子110における電子を放出する面である表面電極103には、電子を放出しやすい領域R1および領域R2と、電子を放出しにくい領域R3とが形成されている。したがって、下部電極102と表面電極103とに、電源120によって電圧が印加された場合、電子を放出しやすい領域R1および領域R2は、容易に電子を放出する。その一方、電子を放出しにくい領域R3は、領域R1および領域R2と比較して、少ない量の電子を放出する。
The ease of electron emission in the electron-emitting
このように、電子放出素子110に電子を放出しやすい領域と、電子を放出しにくい領域とが形成されていることによって、電子放出素子110が放出する電子の分布は、空間的に不均一になる。そして、放出する電子の分布は、電子放出素子110の電子を放出する領域を大面積化すればするほど不均一になりやすい傾向を有する。
As described above, the region where electrons are likely to be emitted and the region where electrons are difficult to emit are formed in the electron-
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、大面積であっても面内均一性の高い電子を放出可能な電子放出素子を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electron-emitting device capable of emitting electrons with high in-plane uniformity even in a large area.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電子放出素子は、下部電極と表面電極とを備え、当該下部電極と表面電極との間に電圧を印加することによって、当該下部電極と表面電極との間において電子を加速させて、当該表面電極から当該電子を放出させる電子放出素子であって、上記下部電極と上記表面電極との間には、少なくとも絶縁体物質からなる電子加速層が設けられており、上記下部電極および上記表面電極のうち少なくとも一方の電極は、規則的に配置されている複数の単位電極を備え、さらに、上記複数の単位電極から電圧を印加する単位電極を順次選択する電極選択部を備えている。 In order to solve the above-described problem, an electron-emitting device according to one embodiment of the present invention includes a lower electrode and a surface electrode, and a voltage is applied between the lower electrode and the surface electrode, whereby the lower electrode An electron emitting element that accelerates electrons between the surface electrode and the surface electrode, and emits the electron from the surface electrode, wherein the electron acceleration is made of at least an insulator material between the lower electrode and the surface electrode A unit electrode that is provided with a layer, and at least one of the lower electrode and the surface electrode includes a plurality of unit electrodes arranged regularly, and further applies a voltage from the plurality of unit electrodes The electrode selection part which selects sequentially is provided.
本発明の一態様によれば、電圧を印加されている下部電極、および、電圧を印加されている表面電極が互いに重畳している(交差している)領域からのみ電子が放出される。また、電極選択部は、下部電極および表面電極のうち少なくとも一方の電極に電圧を印加する際に、複数の単位電極から単位電極を順次選択する。すなわち、電子が放出される領域は、電極選択部が選択する単位電極に応じて順次移動する。したがって、電子を放出しやすい一部の領域から多量の電子が放出されるということがなく、大面積であっても面内均一性の高い電子を放出可能な電子放出素子を提供可能である。 According to one embodiment of the present invention, electrons are emitted only from a region where a lower electrode to which a voltage is applied and a surface electrode to which a voltage is applied overlap (intersect) with each other. The electrode selection unit sequentially selects unit electrodes from a plurality of unit electrodes when applying a voltage to at least one of the lower electrode and the surface electrode. That is, the region from which electrons are emitted moves sequentially according to the unit electrode selected by the electrode selection unit. Accordingly, it is possible to provide an electron-emitting device capable of emitting electrons with high in-plane uniformity even in a large area without emitting a large amount of electrons from a part of the region where electrons are likely to be emitted.
〔実施形態1〕
以下、実施形態1に係る電子放出素子10について、図1〜3を参照しながら説明する。電子放出素子10は、電源部である電源20とともに本発明の一態様に係る電子放出装置1を構成する。電子放出素子10は、下部電極と表面電極との間に、電源20から供給される電圧を印加することによって、下部電極と表面電極との間において電子を加速させて、表面電極から電子を放出させる電子放出素子である。
Hereinafter, the electron-
(電子放出素子10の概要)
図1は、電子放出素子10の構成の概略を示す図である。図1の(a)は、電子放出素子10の断面図であり、より詳細には、表面電極13を構成する単位電極の長手方向と平行であって、単位電極の1つである単位電極13aを通る直線における断面図である。図1の(b)は、下部電極12および表面電極13の構成を示すための上面図である。なお、図1の(b)において、電子加速層14は図示していない。
(Outline of electron-emitting device 10)
FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of the electron-
図1の(a)および(b)に示すように、電子放出素子10は、基板11、下部電極12、表面電極13、電子加速層14、下部電極ドライバ18および表面電極ドライバ19を備えている。電子加速層14は、下部電極12と表面電極13との間に挟まれている。また、電子加速層14は、図1の(a)に示すように、絶縁体微粒子15が充填した層、すなわち絶縁体微粒子層からなる。また、本実施形態においては、電子加速層14の中には、導電体微粒子16を分散している。上記のように構成されている電子放出素子10は、半導体的な電気輸送特性を示す。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the electron-emitting
電源20は、下部電極12と表面電極13との間に印加する電圧を供給するための電源である。下部電極12と表面電極13との間に電圧が印加されると、電子加速層14に電流の担い手として電子が流れる。それと同時に、下部電極12と表面電極13とに挟まれた電子加速層14には、印加された電圧により高電界が形成される。下部電極12と表面電極13との間を流れる電子は、この高電界によって加速され、それらの電子の一部が弾道電子として電子加速層14から放出される。電子加速層14から放出された弾道電子は、表面電極13をトンネルして電子放出素子10の外部へと放出される。
The
(基板11)
基板11は、電子放出素子10を支持する支持体としての働きを有する。また、下部電極12は、基板11における一方の表面上に形成される。したがって、基板11は、(i)強度がある程度高いこと、(ii)じかに接する物質との密着性が良好なこと、(iii)抵抗率が高いこと、が要求される。基板11は、上記の条件を満たした上で、加工の容易さ、耐久性、コストなどを考慮して適宜選択すればよい。基板11の具体例として、樹脂基板、ガラス基板、シリコン基板などが挙げられる。
(Substrate 11)
The
(下部電極12)
下部電極12は、表面電極13と対になり電圧を印加されることによって、電子加速層14の内部に高電界を形成するものである。図1の(a)および(b)に示すように、下部電極12は、規則的に配置されている6つの単位電極12a〜12fからなるストライプ状の電極である。本実施形態において、単位電極12a〜12fのそれぞれは、長方形である。また、単位電極12a〜12fのそれぞれは、基板11の表面上に、互いに平行に配置されている。より詳しくは、各単位電極12a〜12fの形状は、電子放出素子10の上面図(図1の(b))における上下方向を長手方向とする長方形である。下部電極12が単位電極12a〜12fからなるストライプ状の電極であることによって、電子放出素子10内に、効率よく(無駄なく)各単位電極12a〜12fを配置することが可能である。したがって、限られた電子放出素子10の面積を有効利用し、可能な限り広い領域から電子を放出することを可能とする。
(Lower electrode 12)
The
なお、本実施形態において、6つの単位電極12a〜12fからなる下部電極12を例にして説明しているが、下部電極12を構成する単位電極の数は6つに限定されるものではない。また、単位電極の形状(たとえば長方形の縦横比)および各単位電極を配置する間隔は限定されるものではない。
In the present embodiment, the
下部電極12は、良好な導電性を有することが好ましい。下部電極12を構成する物質の具体例として、アルミニウム、チタン、銅およびステンレスなどの金属、ならびに、シリコン、ゲルマニウム、およびガリウム砒素などの半導体を挙げられる。
The
また、電子放出素子10に対して、大気中における安定動作を望む場合は、下部電極12として利用する物質として抗酸化力の高い導電体を用いることが好ましい。このような物質の例としては、貴金属が挙げられる。また、電子放出素子10の用途に応じて、酸化物導電材料として透明電極に広く利用されているスズ添加酸化インジウム(ITO)薄膜も有用である。また、強靭な薄膜を形成できるという点において、例えば、ガラス基板表面にチタンを200nm成膜し、さらに重ねて銅を1000nm成膜することによって下部電極12を構成してもよい。ただし、下部電極12は、これら材料および数値に限定されることはない。
When a stable operation in the atmosphere is desired for the electron-emitting
(下部電極ドライバ18)
下部電極ドライバ18は、6つの単位電極12a〜12fの中から、電圧を印加する1つの単位電極を順次選択する電極選択部である。下部電極ドライバ18は、電源20のプラス端子から電圧を供給されている。図1の(b)は、下部電極ドライバ18が電圧を印加する1つの単位電極として単位電極12eを選択している様子を示している。
(Lower electrode driver 18)
The
詳しくは後述するが、電子放出素子10は、下部電極ドライバ18と表面電極ドライバ19とを協調制御することによって、電子を放出する領域を順次切り替える。
As will be described in detail later, the electron-emitting
(表面電極13)
表面電極13は、下部電極12と対になり電子加速層14内に電圧を印加するための電極である。図1の(a)および(b)に示すように、表面電極13は、規則的に配置されている6つの単位電極13a〜13fからなるストライプ状の電極である。本実施形態において、単位電極13a〜13fのそれぞれは、長方形であり、平行に配置されている。より詳しくは、各単位電極13a〜13fの形状は、電子放出素子10の上面図(図1の(b))における左右方向を長手方向とする長方形である。表面電極13が単位電極13a〜13fからなるストライプ状の電極であることによって、電子放出素子10内に、効率よく(無駄なく)各単位電極13a〜13fを配置することが可能である。したがって、限られた電子放出素子10の面積を有効利用し、可能な限り広い領域から電子を放出することを可能とする。
(Surface electrode 13)
The
また、表面電極13が備えている単位電極13a〜13fのそれぞれは、下部電極12が備えている単位電極12a〜12fのそれぞれに交わるように配置されている。より詳細には、本実施形態において、下部電極12が備えている各単位電極12a〜12fと、表面電極13が備えている各単位電極13a〜13fとは互いに直交するように構成されている。なお、本実施形態において、6つの単位電極13a〜13fからなる表面電極13を例にして説明しているが、表面電極13を構成する単位電極の数は6つに限定されるものではない。また、単位電極の形状(たとえば長方形の縦横比)および各単位電極を配置する間隔は限定されるものではない。
Further, each of the
表面電極13として用いる物質は、良好な導電性を有し、均一に電圧を印加可能である物質であれば特に限定されるものではない。ただし、電子放出素子10の動作環境として大気中を想定する場合、表面電極13に用いる物質としては、金が最適である。金は、非常に反応性が低い金属であり、大気中に存在する物質と反応して酸化物および硫化物を生成する確率が極めて低いためである。また、酸化物を生成する反応確率が比較的低い銀、パラジウム、タングステンなども、表面電極13として問題なく使用可能な物質である。
The substance used as the
電子放出素子10における電子放出効率は、表面電極13の膜厚に大きく依存する。すなわち、表面電極13の膜厚は、電子放出素子10における重要なパラメータである。電子放出効率を高めるために、表面電極13の膜厚は、10〜55nmの範囲とすることが好ましい。
The electron emission efficiency in the
電子放出素子10において、表面電極13を平面電極として機能させるための最低膜厚は、10nmである。表面電極13の膜厚を10nm未満とすると、平面電極として要求される良好な導電性を確保することが困難となる。
In the electron-emitting
一方、電子放出素子10から外部へ電子放出を可能とするために許容される表面電極13の最大膜厚は、55nmである。表面電極13の膜厚が55nmより厚くなると、(i)弾道電子のトンネル確率が著しく減少するために、あるいは、(ii)電子加速層14との界面において弾道電子が反射され電子加速層14への再捕獲されるために、電子放出素子10における電子放出効率が低下する。以上の理由から、表面電極13の膜厚は、10〜55nmの範囲とすることが好ましい。
On the other hand, the maximum film thickness of the
(表面電極ドライバ19)
表面電極ドライバ19は、6つの単位電極13a〜13fの中から、電圧を印加する1つの単位電極を順次選択する電極選択部である。表面電極ドライバ19は、電源20のマイナス端子から電圧を供給されている。図1の(b)は、下部電極ドライバ18が電圧を印加する1つの単位電極として単位電極12eを選択し、表面電極ドライバ19が電圧を印加する1つの単位電極として単位電極13aを選択している様子を示している。すなわち、単位電極12eと単位電極13aとが重畳する(交差する)領域Reaにおいてのみ、電子加速層14の内部には高電界が形成されている。したがって、上記の状態においては、領域Reaからのみ電子が放出される。
(Surface electrode driver 19)
The
詳しくは後述するが、電子放出素子10は、下部電極ドライバ18と表面電極ドライバ19とを協調制御することによって、電子を放出する領域を順次切り替える。
As will be described in detail later, the electron-emitting
(電子加速層14)
電子加速層14は、少なくとも絶縁体物質によって構成されるものである。電子加速層14は、その抵抗率を制御するために、絶縁体物質の中に、導電体微粒子を分散させることによって構成されていてもよい。本実施形態において、電子加速層14は、単分散の絶縁体微粒子15が整列して充填した層、すなわち絶縁体微粒子層からなる(図1の(a)参照)。また、電子加速層14の中には、導電体微粒子16を分散している。
(Electron acceleration layer 14)
The electron acceleration layer 14 is composed of at least an insulator material. The electron acceleration layer 14 may be configured by dispersing conductive fine particles in an insulator material in order to control the resistivity. In the present embodiment, the electron acceleration layer 14 is composed of a layer in which monodispersed insulating
絶縁体微粒子15および導電体微粒子16からなる電子加速層14を形成するための方法として、たとえばスピンコート法を好適に用いることができる。具体的には、基板11および下部電極12上に、単分散の絶縁体微粒子15および導電体微粒子16の分散液を塗布した後に、スピンコート法を適用する。分散液とは、単分散の絶縁体微粒子15および導電体微粒子16を水などの溶媒中に分散させたものである。スピンコート法によって形成された電子加速層14は、電子放出素子として用いるために要求される平坦性を満足することができる。
As a method for forming the electron acceleration layer 14 composed of the insulating
電子加速層14の厚さは、分散液の濃度、スピンコート時の回転数および回転時間などを適宜調整することによって、所望の厚みに制御可能である。すなわち、電子加速層14の抵抗値は、容易に制御可能である。 The thickness of the electron acceleration layer 14 can be controlled to a desired thickness by appropriately adjusting the concentration of the dispersion, the number of rotations during spin coating, the rotation time, and the like. That is, the resistance value of the electron acceleration layer 14 can be easily controlled.
一般的に、基板11および下部電極12の表面は疎水性であり、水を溶媒とする分散液は親水性である。そこで、分散液の基板11および下部電極12への濡れ性を改善するために、基板11および下部電極12の表面を親水性に処理しておくことが好ましい。
In general, the surfaces of the
以上のように、少なくとも絶縁体微粒子15からなる電子加速層14を、スピンコート法を用いて形成することによって、大面積の電子加速層14を、高いスループットかつ低いコストにて製造可能である。
As described above, by forming the electron acceleration layer 14 made of at least the insulating
絶縁体微粒子15の直径(平均径)は、5〜1000nmであることが好ましく、15〜500nmであることがより好ましい。これによって、電子加速層14は、電子加速層14内を電流が流れる際に発生するジュール熱を効率よく逃がすことができる。したがって、電子放出素子10が駆動時の発熱により破壊されることを防止する。なお、電子放出素子10の抵抗値(下部電極12および表面電極13の間の抵抗値)は、導電体微粒子16を分散させることに加えて、電子加速層14の厚さを変更することによっても、任意かつ容易に調整可能である。
The diameter (average diameter) of the insulating
また、絶縁体微粒子15の直径は、単分散であり均一であることが好ましい。電子加速層14が単分散の絶縁体微粒子が整列して充填することによって構成されていると、絶縁体微粒子の粒界における接点および導通路は、空間的に均一に生じる。そのため、上記のように構成された電子加速層14は、電子を効率的にトラップしながら伝導させることが可能であり、表面電極13の直下に多量の弾道電子を生成することを実現する。したがって、単分散の絶縁体微粒子15を用いることによって、多量の電子を放出可能とし、電子放出素子10の電子放出効率を向上させることができる。
The diameter of the insulating
絶縁体微粒子15に用いる物質としては、酸化シリコン、酸化アルミニウムおよび酸化チタンといったものが実用的である。販売されている製品としては、例えば日産化学工業株式会社が製造販売するコロイダルシリカが利用可能である。
As materials used for the insulating
電子加速層14の厚さは、8〜3000nmであるのが好ましく、30〜1000nmとすることがより好ましい。このように構成することによって、電子加速層14の表面を平坦化すること、および、厚さ方向における電子加速層14の抵抗値を好ましい範囲内に制御可能となる。 The thickness of the electron acceleration layer 14 is preferably 8 to 3000 nm, and more preferably 30 to 1000 nm. With this configuration, the surface of the electron acceleration layer 14 can be flattened, and the resistance value of the electron acceleration layer 14 in the thickness direction can be controlled within a preferable range.
(電子放出素子10の駆動方法)
図2は、電子放出素子10における、下部電極12が備えている単位電極12a〜12f、および、表面電極13が備えている単位電極13a〜13fの配置を示す上面図である。なお、図2には図示していないが、単位電極12a〜12fのそれぞれは、下部電極ドライバ18に接続されており、単位電極13a〜13fのそれぞれは、表面電極ドライバ19に接続されている。図3は、電子放出素子10を駆動する際の流れを表す図である。以下に、電子放出素子10を駆動する工程について、図3を参照しながら説明する。
(Driving method of electron-emitting device 10)
FIG. 2 is a top view showing the arrangement of the
ステップS10:下部電極ドライバ18および表面電極ドライバ19(各ドライバ)に電源20より電圧が供給される。
Step S10: A voltage is supplied from the
ステップS12:表面電極ドライバ19は、単位電極13aを選択する。
Step S12: The
ステップS14:下部電極ドライバ18は、単位電極12a〜12fを所定の時間づつ選択する。以下において、所定の時間をtミリ秒間として説明する。下部電極ドライバ18が単位電極12aを選択している間、単位電極13aと単位電極12aとが重畳する領域Raaの電子加速層14の両端には電圧が印加される。したがって、電子放出素子10は、領域Raaから電子を放出する。一方、領域Raa以外の領域からは、電子が放出されない。次に、下部電極ドライバ18が、単位電極12bをtミリ秒間選択すると、電子放出素子10は、領域Rbaから電子を放出する。さらに、下部電極ドライバ18が、単位電極12cをtミリ秒間選択すると、電子放出素子10は、領域Rcaから電子を放出する。さらに、下部電極ドライバ18が単位電極12d〜12fをtミリ秒間づつ選択すると、電子放出素子10は、領域Rda、領域Rea、領域Rfaから順番に電子を放出する。
Step S14: The
ステップS16:表面電極ドライバ19は、次の単位電極を選択する。具体的には、ここまでにおいて表面電極ドライバ19は単位電極13aを選択しているので、表面電極ドライバ19は、次の単位電極である単位電極13bを選択する。
Step S16: The
ステップS18:下部電極ドライバ18および表面電極ドライバ19(各ドライバ)は、電源20より電圧が供給されているか否かを判定する。電源20より電圧が供給されていれば(Yes)、処理はステップS14へ戻る。電源20より電圧が供給されていれば(No)、電子放出素子10の駆動工程は終了する。
Step S18: The
ステップS14:下部電極ドライバ18は、単位電極12a〜12fをtミリ秒間づつ選択する。この際、表面電極ドライバ19は、単位電極13bを選択しているので、電子放出素子10は、領域Rab、Rbb、Rcb、Rdb、RebおよびRfbから、tミリ秒間づつ電子を放出する。
Step S14: The
ステップS16:表面電極ドライバ19は、次の単位電極を選択する。具体的には、ここまでにおいて表面電極ドライバ19は単位電極13bを選択しているので、表面電極ドライバ19は、次の単位電極である単位電極13cを選択する。
Step S16: The
ステップS18:下部電極ドライバ18および表面電極ドライバ19は、電源20より電圧が供給されているか否かを判定する。電源20より電圧が供給されていれば(Yes)、処理はステップS14へ戻る。電源20より電圧が供給されていれば(No)、電子放出素子10の駆動工程は終了する。
Step S18: The
以降の処理(表面電極ドライバ19が単位電極13c〜13fを選択している際の処理)は、ステップS14〜ステップS18の繰り返しとなる。よって、その説明を省略する。
The subsequent processing (processing when the
以上のように、下部電極ドライバ18が電圧を印加する単位電極を単位電極12a〜12fから順次選択し、表面電極ドライバ19が電圧を印加する単位電極を単位電極13a〜13fから順次選択することによって、電子放出素子10は、電子を放出する領域を、領域Raa〜領域Rffまで順次移動させる。言い換えれば、電子放出素子10は、領域Raa〜領域Rffまで移動する1周期に相当する時間(36×tミリ秒間)を、電子放出素子が備えている領域の数(本実施形態では36)に時分割する。そして、時分割された時間(tミリ秒間)ごとに、領域Raa〜領域Rffまでの各領域から電子を放出するものである。
As described above, the
なお、本実施形態において、ステップS12において表面電極ドライバ19は単位電極13a〜13fのいずれかを選択し、ステップS14において下部電極ドライバ18は単位電極12a〜12fをtミリ秒間づつ選択するものとして説明している。しかし、領域Raa〜領域Rffの各領域を選択する処理は、上記の処理に限定されるものではない。たとえば、ステップS12において下部電極ドライバ18は単位電極12a〜12fのいずれかを選択し、ステップS14において表面電極ドライバ19は単位電極13a〜13fをtミリ秒間づつ選択するように構成されていてもよい。電子放出素子10において、1周期に相当する時間内に、領域Raa〜領域Rffの各領域から、等しい時間づつ電子が放出されるように、下部電極ドライバ18は各単位電極12a〜12fを順次選択し、表面電極ドライバ19は各単位電極13a〜13fを順次選択するように構成されていればよい。
In the present embodiment, the
(電子放出素子10のメリット)
上述の通り、電子放出素子10は、領域Raa〜領域Rffの各領域から、等しい時間づつ電子を放出するものである。すなわち、電子を放出する領域は、下部電極ドライバ18および表面電極ドライバ19が選択する各単位電極に応じて、一定の時間ごとに順次移動する。
(Merit of electron-emitting device 10)
As described above, the electron-emitting
電子放出素子10において、電子加速層14の厚さ、電子加速層14中に分散されている導電体微粒子16の分布、表面電極13の膜厚などの各パラメータがばらつき、その結果として、電子放出のしやすさに空間的なばらつきが生じているとする。このように電子放出のしやすさが空間的にばらついている状態であっても、電子放出素子10は、時分割で領域Raa〜領域Rffの各領域を順次移動させることにより、各領域から電子を放出する。すなわち、電子放出素子10は、電子を放出しやすい領域、または、電子を放出しにくい領域であるかに関わらず、等しい時間に渡って電子を放出するように構成されている。
In the
下部電極12を構成する各単位電極の幅、および、表面電極13を構成する各単位電極の幅は、電子放出素子10のサイズ(面積)とは独立に設定可能である。言い換えれば、電子放出素子10を大面積化することとは独立して、1つの期間に電子を放出する領域(Raa〜Rff)の面積を決定することが可能である。
The width of each unit electrode constituting the
したがって、電子放出素子10は、電子を放出しやすい一部の領域から多量の電子を放出することがなく、電子放出素子を大面積化しても、1周期に相当する時間を通じれば、均一な分布の電子を放出可能である。すなわち、電子放出素子10によれば、大面積であっても面内均一性の高い電子を放出可能な電子放出素子を提供可能である。
Therefore, the electron-emitting
なお、電子放出素子10は、後述する電子放出素子30と比較して、1つの期間に電子を放出する領域(Raa〜Rff)の面積を、より小さく構成可能である。したがって、電子放出素子10は、放出する電子の面内均一性をより高めることが可能である。
The electron-emitting
〔実施形態2〕
以下、実施形態2に係る電子放出素子30について、図4を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図4は、電子放出素子30の構成の概略を示す上面図である。
[Embodiment 2]
Hereinafter, the electron-emitting
図4に示すように、電子放出素子30は、実施形態1に係る電子放出素子10と比較して、単位電極に分割されていない(1つの)表面電極33を備えている点が異なる。また、表面電極33は、下部電極12を覆うように構成されている。
As shown in FIG. 4, the electron-emitting
電子放出素子30を駆動する際、表面電極33には、電源20から、常時電圧が印加されている。一方、下部電極ドライバ18は、6つの単位電極12a〜12fから電圧を印加する1つの単位電極を順次選択する。電子放出素子30は、下部電極ドライバ18によって選択された単位電極と、表面電極33との間に電圧を印加することによって電子を加速し、表面電極33のうち当該選択された単位電極と対向している領域から電子を放出する。
When driving the electron-emitting
たとえば図4は、下部電極ドライバ18が電圧を印加する単位電極として、単位電極12eを選択している状態を示している。この状態において、電子放出素子30は、単位電極12eと対向する領域Reから電子を放出する。下部電極ドライバ18が電圧を印加する単位電極として、単位電極12fを選択している際には、電子放出素子30は、表面電極33のうち、単位電極12fと対向する領域から電子を放出する。下部電極ドライバ18が、電圧を印加する単位電極として単位電極12a〜12dのそれぞれを選択している場合も同様である。
For example, FIG. 4 shows a state where the
上述の通り、電子放出素子30において同時期に電子を放出する領域は、表面電極33のうち下部電極ドライバ18が電圧を選択した単位電極と対向する領域のみである。したがって、電子放出素子30は、電子を放出しやすい一部の領域から多量の電子が放出するということがなく、電子放出素子を大面積化しても、1周期に相当する時間を通じて均一な分布の電子を放出可能である。すなわち、電子放出素子30によれば、大面積であっても均一な分布の電子を放出可能な電子放出素子を提供可能である。
As described above, the region in the electron-emitting
また、表面電極33は、1つの電極からなるため、単位電極に分割する必要がない。それに伴い、電子放出素子30は、表面電極ドライバを備える必要がない。すなわち、電子放出素子30は、電子放出素子10より簡易に構成されている。したがって、電子放出素子30は、電子放出素子10と比較して製造工程の簡略化が可能であり、その結果として、製造コストの抑制および歩留まりの向上を実現する。
Moreover, since the
なお、本実施形態において、電子放出素子30は、下部電極および表面電極のうち、下部電極が規則的に配置されている複数の単位電極を備えているものとして説明した。しかし、本実施形態に係る電子放出素子において、下部電極および表面電極のうち少なくとも一方の電極が、規則的に配置されている複数の単位電極を備えていればよい。すなわち、本実施形態に係る電子放出素子は、1つの電極からなる下部電極と、規則的に配置されている複数の単位電極を備えている表面電極と、を含むように構成されていてもよい。
In the present embodiment, the electron-emitting
〔実施形態3〕
以下、実施形態3に係る電子放出素子40について、図5を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図5は、電子放出素子40の構成の概略を示す図であり、(a)は断面図であり、(b)は上面図である。
[Embodiment 3]
Hereinafter, the electron-emitting
図5の(a)に示すように、電子放出素子40は、導電体微粒子(図示せず)を含んでいる樹脂からなる電子加速層44を備えている点において、実施形態1に係る電子放出素子10と異なる。図5の(b)に示すように、電子放出素子40は、単位電極12a〜12fからなる下部電極12と、単位電極13a〜13fからなる表面電極13とを備えている。下部電極12および表面電極13の構成は、電子放出素子10と同様である。
As shown in FIG. 5A, the electron-emitting
図5の(b)は、下部電極ドライバ18が単位電極12eを選択し、表面電極ドライバ19が単位電極13aを選択している状態を示している。この状態において、電子放出素子40は、単位電極12eおよび単位電極13aが重畳する領域Reaから電子を放出する。このように、電子放出素子40は、電子放出素子10と同様の方法によって駆動される。
FIG. 5B shows a state in which the
本発明の一態様に係る電子放出素子が備えている電子加速層は、少なくとも絶縁体物質からなればよく、上述のように、導電体微粒子を含んでいる樹脂によって構成されていてもよい。上記の構成によれば、電子放出素子が放出する電子の面内均一性を、より向上させることが可能である。 The electron acceleration layer included in the electron-emitting device according to one embodiment of the present invention only needs to be made of at least an insulator material, and may be made of a resin containing conductive fine particles as described above. According to the above configuration, it is possible to further improve the in-plane uniformity of electrons emitted from the electron-emitting device.
一般的に、絶縁体微粒子は、その粒子径が小さくなるほど互いに凝集しやすくなる傾向を有する。そのため、粒子径が小さい絶縁体微粒子を含む電子加速層を形成すると、電子加速層において絶縁体微粒子の凝集が生じ、電子加速層の膜厚が不均一になる虞がある。電子放出素子が放出する電子放出量は、印加電圧によって電子加速層の内部に形成される電界強度が強いほど増加する。電子加速層の膜厚が不均一であると、電子加速層の内部に形成される電界強度は不均一となり、結果として、電子放出素子が放出する電子の面内均一性が低下する。電子加速層を、導電体微粒子を含んでいる樹脂によって形成することによって、電子加速層の膜厚をより均一にすることが可能である。したがって、電子放出素子が放出する電子の面内均一性を、より向上させることが可能である。 In general, the insulating fine particles tend to aggregate with each other as the particle diameter decreases. Therefore, when an electron acceleration layer including insulating fine particles having a small particle diameter is formed, the insulating fine particles are aggregated in the electron acceleration layer, and the film thickness of the electron acceleration layer may be nonuniform. The amount of electron emission emitted from the electron-emitting device increases as the electric field strength formed in the electron acceleration layer by the applied voltage increases. When the film thickness of the electron acceleration layer is not uniform, the electric field strength formed inside the electron acceleration layer becomes non-uniform, and as a result, the in-plane uniformity of electrons emitted from the electron-emitting device is lowered. By forming the electron acceleration layer with a resin containing conductive fine particles, it is possible to make the film thickness of the electron acceleration layer more uniform. Accordingly, it is possible to further improve the in-plane uniformity of electrons emitted from the electron-emitting device.
〔実施形態4〕
(帯電装置50)
図6に、実施形態1において説明した電子放出素子10を備えている帯電装置の一例を示す。図6は、実施形態4に係る帯電装置50の構成の概略を示す図である。帯電装置50は、電子放出素子10と、これに電圧を印加するための電源20とを備える電子放出装置1と、感光体ドラム51とからなる。本発明に係る画像形成装置は、この帯電装置50を備えている。
[Embodiment 4]
(Charging device 50)
FIG. 6 shows an example of a charging device including the electron-emitting
本発明に係る画像形成装置において、帯電装置50における電子放出素子10は、被帯電体である感光体ドラム51に対向して設置される。電源20を用いて電子放出素子10に電圧を印加することにより、電子放出素子10は電子を放出し、放出された電子は感光体ドラム51の表面を帯電させる。ここで、帯電装置50に備えられる電子放出素子10は、感光体ドラム51の表面から、例えば3〜5mmの間隔をもって配置するのが好ましい。また、電子放出素子10への印加電圧は25V程度が好ましい。電子放出素子10における電子加速層14は、例えば電源20より25Vの電圧を印加された時に、単位時間当たり1μA/cm2の電子が放出されるように構成されていればよい。
In the image forming apparatus according to the present invention, the electron-emitting
なお、本発明に係る画像形成装置において、帯電装置50以外の構成部材は従来公知のものを用いればよい。電子放出素子10は、電子放出効率が高い。よって、帯電装置50は、効率よく感光体ドラム51を帯電可能である。
Note that, in the image forming apparatus according to the present invention, constituent members other than the charging
帯電装置50として用いられる電子放出素子10は、電子放出素子の外部に電界を形成しないため、大気中において動作しても放電を伴わない。したがって、帯電装置50は、大気中にて使用してもオゾンを発生しないというメリットを有する。オゾンは人体に有害であり、環境に対する各種規格によって規制されている。よって、帯電装置50がオゾン発生を伴わないことは、画像形成装置の設計において自由度を増す効果を奏する。
Since the electron-emitting
従来の帯電装置において、オゾンが装置外に放出されない構造に設計しても、装置内において発生したオゾンは、装置内の有機材料、例えば感光体ドラム51やベルトなどを酸化し劣化させる。上記の画像形成装置におけるオゾン発生に関する課題を、電子放出素子10を備える電子放出装置1を帯電装置50に用いることによって解決可能である。
Even if the conventional charging device is designed to have a structure in which ozone is not released outside the device, the ozone generated in the device oxidizes and degrades organic materials in the device, such as the
また、帯電装置50が備えている電子放出素子10は、素子表面から2次元の電子を放出する面電子放出源である。よって、帯電装置50は、感光体ドラム51の回転方向に対して幅を持って帯電させることが可能である。このことは、感光体ドラム51の特定箇所を帯電させる機会を多く有することを意味する。このように面電子放出源を備える帯電装置50は、線状に帯電するワイヤ帯電器などと比較して、より均一な帯電を実現する。
The electron-emitting
また、帯電装置50を用いて感光体ドラム51を帯電させる際に、電子放出素子10が必要とする印加電圧は25V程度である。一方、コロナ放電器を利用したワイヤ帯電器の場合は、感光体ドラムを帯電するために数kVの印加電圧を必要とする。このように、電子放出素子10を備えた帯電装置50は、コロナ放電器を備えたワイヤ帯電器と比較して、格段に低い印加電圧による動作を実現している。
Further, when the
〔実施形態5〕
(電子線硬化装置60)
図7に、実施形態1において説明した電子放出素子10を備えた電子線硬化装置の一例を示す。図7は、実施形態5に係る電子線硬化装置60の構成の概略を示す図である。電子線硬化装置60は、電子放出素子10と、これに電圧を印加する電源20と、を備えている電子放出装置1と、放出された電子を加速させる加速電極61とを備えている。
[Embodiment 5]
(Electron beam curing device 60)
FIG. 7 shows an example of an electron beam curing apparatus including the electron-emitting
電子線硬化装置60は、電子放出源として電子放出素子10を備え、放出された電子を加速電極61によって加速してレジスト62へと衝突させる。その結果、レジスト62は電子線のエネルギーを吸収することにより硬化する。
The electron
一般的なレジストを硬化させるために必要とされるエネルギーは、10eV以下である。電子放出素子10が放出する電子は、10eV以上のエネルギーを有しているので、レジストを単純に硬化させるという観点においては、当該電子をさらに加速する必要はない。ただし、電子のレジストへの浸透深さは、電子のエネルギーに依存することが知られている。例えば厚さ1μmのレジスト62を厚さ方向に対して完全に硬化させるには、約5kVの加速電圧が必要となる。このように、レジスト62の膜厚に応じて、必要十分なエネルギーを放出された電子に与えるために加速電極61が必要となる。
The energy required for curing a general resist is 10 eV or less. Since the electrons emitted from the electron-emitting
従来からある一般的な電子線硬化装置は、電子放出源を真空封止し、電子放出源に高電圧(50〜100kV)を印加することによって電子を放出させる。大気中にてレジストを硬化させる場合は、真空相と大気相とを隔てる電子透過窓が別途に必要とある。そして、当該電子透過窓を通じて真空中より大気中に電子を透過させた後に、電子を被照射物に照射する。当該照射方法においては、放出電子が電子透過窓を透過する際に、大きなエネルギーが電子透過窓に吸収される。また、電子放出源に電界放出型の素子を用いるために、レジストに到達した電子は必要以上の高エネルギーを有する。そのため、多くの電子がレジストの膜厚を透過してしまい、レジストを硬化させる際のエネルギー利用効率が低下する。さらに、電界放出型の電子放出素子は点電子放出源であるため、一度に照射できる範囲は、狭い範囲に限られる。したがって、レジストを硬化させる際のスループットは低い。 In a conventional general electron beam curing apparatus, an electron emission source is vacuum-sealed, and electrons are emitted by applying a high voltage (50 to 100 kV) to the electron emission source. When the resist is cured in the atmosphere, an electron transmission window that separates the vacuum phase from the atmospheric phase is required separately. Then, after the electrons are transmitted from the vacuum to the atmosphere through the electron transmission window, the irradiated object is irradiated with the electrons. In the irradiation method, when the emitted electrons are transmitted through the electron transmission window, large energy is absorbed by the electron transmission window. In addition, since a field emission type element is used as the electron emission source, the electrons reaching the resist have higher energy than necessary. Therefore, many electrons pass through the thickness of the resist, and the energy utilization efficiency when the resist is cured decreases. Further, since the field emission type electron-emitting device is a point electron emission source, the range that can be irradiated at one time is limited to a narrow range. Therefore, the throughput when curing the resist is low.
これに対し、電子放出素子10を用いた電子線硬化装置60は、大気中にて動作可能であり、電子放出素子10を真空封止する必要がない。また、電子放出素子10が高い電子放出効率を有するため、電子線硬化装置60は、効率よく電子線を照射できる。また、電子放出素子10から放出される電子は、電子透過窓を透過しないのでエネルギーのロスもない。よって、放出電子を加速するための加速電圧を下げることが可能となる。さらに、電子放出素子10は面電子放出源であるため、レジストを硬化させる際のスループットが、従来の電子線硬化装置と比較して格段に高くなる。また、パターンに従って電子を放出させれば、マスクレス露光も可能となる。
On the other hand, the electron
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る電子放出素子(30)は、下部電極(12)と表面電極(33)とを備え、下部電極(12)と表面電極(33)との間に電圧を印加することによって、下部電極(12)と表面電極(33)との間において電子を加速させて、表面電極(12)から電子を放出させる電子放出素子であって、下部電極(12)と表面電極(33)との間には、少なくとも絶縁体物質(絶縁体微粒子15または樹脂)からなる電子加速層(14または44)が設けられており、下部電極(12)および表面電極(33)のうち少なくとも一方の電極(下部電極12)は、規則的に配置されている複数の単位電極(12a〜12f)からなるストライプ状の電極であり、さらに、複数の単位電極(12a〜12f)から電圧を印加する単位電極を順次選択する電極選択部(18)を備えている。
[Summary]
An electron-emitting device (30) according to
上記の構成によれば、下部電極(12)を構成する各単位電極(12a〜12f)の幅などの寸法は、電子放出素子(30)のサイズ(面積)とは独立に設定可能である。言い換えれば、電子放出素子(30)を大面積化することとは独立して、1つの期間に電子を放出する領域(Ra〜Rf)の面積を決定することが可能である。 According to said structure, dimensions, such as the width | variety of each unit electrode (12a-12f) which comprises a lower electrode (12), can be set independently of the size (area) of an electron emission element (30). In other words, independently of increasing the area of the electron-emitting device (30), it is possible to determine the area of the regions (Ra to Rf) that emit electrons in one period.
したがって、電子放出素子(30)は、電子を放出しやすい一部の領域から多量の電子を放出することがなく、電子放出素子を大面積化しても、1周期に相当する時間を通じれば、均一な分布の電子を放出可能である。すなわち、電子放出素子(30)によれば、大面積であっても面内均一性の高い電子を放出可能な電子放出素子を提供可能である。 Therefore, the electron-emitting device (30) does not emit a large amount of electrons from a part of the region where electrons are likely to be emitted. Even if the area of the electron-emitting device is increased, if the time corresponding to one period is passed, It is possible to emit electrons with a uniform distribution. That is, according to the electron-emitting device (30), it is possible to provide an electron-emitting device capable of emitting electrons with high in-plane uniformity even with a large area.
本発明の態様2に係る電子放出素子(10または40)は、上記態様1において、下部電極(12)および表面電極(13)は、いずれも、規則的に配置されている複数の単位電極(12a〜12fおよび13a〜13f)からなるストライプ状の電極であり、下部電極(12)が備えている複数の単位電極(12a〜12f)、および、表面電極(13)が備えている複数の単位電極(13a〜13f)は、互いに交わるように配置されており、電極選択部(18および19)は、下部電極(12)が備えている複数の単位電極(12a〜12f)から電圧を印加する単位電極を順次選択するとともに、表面電極(13)が備えている複数の単位電極(13a〜13f)から電圧を印加する単位電極を順次選択することが好ましい。
The electron-emitting device (10 or 40) according to aspect 2 of the present invention is the above-described
上記の構成によれば、電子放出素子(10)は、1つの期間に電子を放出する領域(Raa〜Rff)の面積を、より小さく構成可能である。したがって、電子放出素子(10)は、放出する電子の面内均一性をより高めることが可能である。 According to said structure, the area | region of the area | region (Raa-Rff) which discharge | releases an electron in one period can be comprised smaller in the electron emission element (10). Therefore, the electron-emitting device (10) can further improve the in-plane uniformity of the emitted electrons.
本発明の態様3に係る電子放出素子(30)は、上記態様1において、下部電極(12)は、規則的に配置されている複数の単位電極(12a〜12f)からなるストライプ状の電極であり、表面電極(33)は、下部電極(12)を覆う1つの薄膜電極からなることが好ましい。
The electron-emitting device (30) according to aspect 3 of the present invention is the above-described
上記の構成によれば、下部電極(12)が各単位電極(12a〜12f)からなるストライプ状の電極であり、互いに平行に配置されていることによって、電子放出素子(30)内に、効率よく(無駄なく)各単位電極(12a〜12f)を配置することが可能である。したがって、限られた電子放出素子(30)の面積を有効利用し、可能な限り広い領域から電子を放出することを可能とする。また、表面電極(33)は、1つの薄膜電極からなるため、電子放出素子(30)は簡易な構成である。したがって、電子放出素子30は、製造工程の簡略化が可能であり、その結果として、製造コストの抑制および歩留まりの向上を実現する。
According to said structure, a lower electrode (12) is a striped electrode which consists of each unit electrode (12a-12f), and when it arrange | positions in parallel mutually, in electron emission element (30), it is efficient. It is possible to arrange the unit electrodes (12a to 12f) well (without waste). Therefore, it is possible to effectively use the limited area of the electron-emitting device (30) and to emit electrons from the widest possible region. Moreover, since the surface electrode (33) consists of one thin film electrode, the electron-emitting device (30) has a simple configuration. Therefore, the electron-emitting
本発明の態様4に係る電子放出素子(10または30)は、上記態様1〜3のいずれか一態様において、電子加速層(14)は、少なくとも絶縁体微粒子(15)からなることが好ましい。
In the electron-emitting device (10 or 30) according to Aspect 4 of the present invention, in any one aspect of
少なくとも絶縁体微粒子(15)からなる電子加速層(14)は、たとえばスピンコート法を用いて作製可能である。上記の構成によれば、大面積の電子加速層(14)を、高いスループットかつ低いコストにて製造可能であるため、電子放出素子(10または30)の製造コストを抑制可能である。 The electron acceleration layer (14) composed of at least the insulating fine particles (15) can be produced by using, for example, a spin coating method. According to said structure, since the large-area electron acceleration layer (14) can be manufactured with high throughput and low cost, the manufacturing cost of the electron-emitting device (10 or 30) can be suppressed.
本発明の態様5に係る電子放出素子(10または30)は、上記態様4において、絶縁体微粒子(15)は単分散であり、かつ整列して充填していることが好ましい。 In the electron-emitting device (10 or 30) according to aspect 5 of the present invention, in the aspect 4, it is preferable that the insulating fine particles (15) are monodispersed and aligned and filled.
上記の構成によれば、電子加速層(14)内において、絶縁体微粒子(15)間の接点および導通路が均等に形成される。そのため、両端に電圧が印加されている電子加速層(14)の全領域内において、電子を効率的にトラップしながら伝導させることが可能である。その結果、弾道電子が表面電極(13、33)下において増産され、多量の電子を放出されることが可能となる。したがって、電子放出素子(10または30)の電子放出効率をより一層高めることができる。 According to said structure, the contact and conduction | electrical_connection path between insulator fine particles (15) are equally formed in an electron acceleration layer (14). Therefore, it is possible to conduct electrons while efficiently trapping electrons in the entire region of the electron acceleration layer (14) to which a voltage is applied at both ends. As a result, ballistic electrons are increased under the surface electrodes (13, 33), and a large amount of electrons can be emitted. Therefore, the electron emission efficiency of the electron-emitting device (10 or 30) can be further increased.
本発明の態様6に係る電子放出素子(10または30)は、上記態様4または5において、絶縁体微粒子(15)は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、および酸化チタンの少なくとも1つを含んでいることが好ましい。 The electron-emitting device (10 or 30) according to aspect 6 of the present invention is the above-described aspect 4 or 5, wherein the insulating fine particles (15) include at least one of silicon oxide, aluminum oxide, and titanium oxide. Is preferred.
上記の構成によれば、これらの物質の抵抗率(絶縁性)が高いことにより、電子加速層(14)の抵抗値を任意の範囲に制御することが容易になる。 According to said structure, when the resistivity (insulating property) of these substances is high, it becomes easy to control the resistance value of an electron acceleration layer (14) to arbitrary ranges.
本発明の態様7に係る電子放出素子(10または30)は、上記態様4または6のいずれか一態様において、絶縁体微粒子(15)の平均径は、5〜1000nmであることが好ましい。 In the electron-emitting device (10 or 30) according to Aspect 7 of the present invention, in any one aspect of Aspect 4 or 6, the insulating fine particles (15) preferably have an average diameter of 5 to 1000 nm.
上記の構成によれば、電子加速層(14)は、電子放出素子(電子加速層(14))の内部を電流が流れる際に発生するジュール熱を効率よく逃がすことができる。したがって、電子放出素子(10または30)が、動作時の発熱により破壊されることを防ぐことができる。さらに、電子加速層(14)における抵抗値の制御を容易にすることができる。 According to said structure, the electron acceleration layer (14) can escape efficiently the Joule heat which generate | occur | produces when an electric current flows through the inside of an electron emission element (electron acceleration layer (14)). Therefore, it is possible to prevent the electron-emitting device (10 or 30) from being destroyed by heat generated during operation. Furthermore, the resistance value in the electron acceleration layer (14) can be easily controlled.
本発明の態様8に係る電子放出素子(10または30)は、上記態様4または7のいずれか一態様において、電子加速層(14)の厚さは、8〜3000nmであることが好ましい。 In the electron-emitting device (10 or 30) according to Aspect 8 of the present invention, in any one aspect of Aspect 4 or 7, the thickness of the electron acceleration layer (14) is preferably 8 to 3000 nm.
上記の構成によれば、電子加速層(14)の表面を平坦化すること、および、厚さ方向における電子加速層(14)の抵抗値の制御が可能となる。また、電子加速層(14)の厚さは、30〜1000nmとすることがより好ましい。 According to said structure, the surface of the electron acceleration layer (14) can be planarized and the resistance value of the electron acceleration layer (14) in the thickness direction can be controlled. The thickness of the electron acceleration layer (14) is more preferably 30 to 1000 nm.
本発明の態様9に係る電子放出素子(40)は、上記態様1から3のいずれか一態様において、電子加速層(44)は、少なくとも導電体微粒子を含む樹脂層からなることが好ましい。 In the electron-emitting device (40) according to the ninth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the electron acceleration layer (44) is preferably made of a resin layer containing at least conductive fine particles.
上記の構成によれば、電子加速層の膜厚をより均一にすることが可能である。したがって、電子放出素子が放出する電子の面内均一性を、より向上させることが可能である。 According to said structure, it is possible to make the film thickness of an electron acceleration layer more uniform. Accordingly, it is possible to further improve the in-plane uniformity of electrons emitted from the electron-emitting device.
本発明の態様10に係る電子放出装置(1)は、上記態様1から9のいずれか一態様に記載の電子放出素子(10、30、40)と、下部電極(12)と表面電極(13、33)との間に電圧を印加する電源部(20)と、を備えていることが好ましい。
An electron-emitting device (1) according to
上記の構成によれば、電気的導通を確保して十分な素子内電流を流し、表面電極(13、33)から弾道電子を効率よく安定して放出させることができる。 According to said structure, electrical continuity is ensured, sufficient in-element current can be sent, and a ballistic electron can be efficiently and stably emitted from a surface electrode (13, 33).
本発明の態様11に係る帯電装置(50)は、上記態様10に記載の電子放出装置(1)を備え、該電子放出装置(1)から電子を放出して感光体(感光体ドラム51)を帯電することが好ましい。
A charging device (50) according to an
上記の構成によれば、本発明に係る電子放出素子(10、30、40)を、帯電装置(50)に用いることにより、大気中において使用しても放電を伴わず、オゾンや窒素酸化物を始めとする有害な物質を発生させることなく、長期間安定して被帯電体を帯電させることが可能である。 According to the above configuration, when the electron-emitting device (10, 30, 40) according to the present invention is used in the charging device (50), ozone or nitrogen oxide does not discharge even when used in the atmosphere. The object to be charged can be stably charged for a long period of time without generating harmful substances such as.
本発明の態様12に係る電子線硬化装置(60)は、上記態様10に記載の電子放出装置(1)を備え、該電子放出装置(1)から電子を放出して樹脂(レジスト62)を硬化させることが好ましい。
An electron beam curing apparatus (60) according to
従来の電界電子放出素子は点電子放出源である。それに対して、電子放出素子(10、30、40)は、二次元的に電子を放出する面電子放出源である。すなわち、電子放出素子(10、30、40)は、一度に広い領域に電子を放出(照射)することが可能である。そのため、電子放出素子(10、30、40)を備える電子線硬化装置(60)は、二次元的に電子を照射し、一度に広い範囲のレジストを硬化することを可能とする。また、レジスト硬化時におけるマスクレス化を可能とし、製造コストの抑制および高スループット化を実現する。 A conventional field electron emission device is a point electron emission source. On the other hand, the electron-emitting devices (10, 30, 40) are planar electron emission sources that emit electrons two-dimensionally. That is, the electron-emitting device (10, 30, 40) can emit (irradiate) electrons to a wide area at a time. Therefore, the electron beam curing device (60) including the electron-emitting devices (10, 30, 40) can irradiate electrons two-dimensionally and cure a wide range of resists at a time. In addition, masklessness at the time of resist curing can be achieved, and manufacturing cost can be suppressed and high throughput can be realized.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
本発明に係る電子放出素子は、電子写真方式の複写機、プリンタ、およびファクシミリなどに用いる画像形成装置の帯電装置に適用可能である。また、電子線硬化装置などにも適用可能である。 The electron-emitting device according to the present invention can be applied to a charging device of an image forming apparatus used for an electrophotographic copying machine, a printer, a facsimile, and the like. Moreover, it is applicable also to an electron beam curing apparatus.
1 電子放出装置
10、30、40 電子放出素子
11 基板
12 下部電極
12a〜12f 単位電極
13、33 表面電極
13a〜13f 単位電極
14、44 電子加速層
15 絶縁体微粒子
16 導電体微粒子
18 下部電極ドライバ
19 表面電極ドライバ
20 電源
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記下部電極と上記表面電極との間には、少なくとも絶縁体物質からなる電子加速層が設けられており、
上記下部電極および上記表面電極のうち少なくとも一方の電極は、規則的に配置されている複数の単位電極からなるストライプ状の電極であり、さらに、
上記複数の単位電極から電圧を印加する単位電極を順次選択する電極選択部を備え、
上記下部電極は、規則的に配置されている複数の単位電極からなるストライプ状の電極であり、
上記表面電極は、上記下部電極を覆う1つの薄膜電極からなることを特徴とする電子放出素子。 A lower electrode and a surface electrode are provided. By applying a voltage between the lower electrode and the surface electrode, electrons are accelerated between the lower electrode and the surface electrode, and the electrons are emitted from the surface electrode. An electron-emitting device,
An electron acceleration layer made of at least an insulator material is provided between the lower electrode and the surface electrode,
At least one of the lower electrode and the surface electrode is a striped electrode composed of a plurality of unit electrodes arranged regularly, and
An electrode selection unit for sequentially selecting unit electrodes to which a voltage is applied from the plurality of unit electrodes,
The lower electrode is a striped electrode composed of a plurality of unit electrodes arranged regularly,
The electron-emitting device according to claim 1, wherein the surface electrode is formed of one thin film electrode that covers the lower electrode.
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